Расчет конструкции силового кабеля на напряжение (стр. 7 из 15)
Таблица 4. Диэлектрические водоблокирующие однослойные ленты
| Характеристика | Единица измерения | TTOE103 | TTOE106 | TTOE110 | TTOE115 |
| Вес | г/м2 | 50 ± 10 | 65 ± 10 | 100 ± 10 | 110 ± 10 |
| Толщина | мм | 0,30±0,05 | 0,38±0,05 | 0,40±0,05 | 0,40±0,05 |
| Предел прочности при разрыве | Н/см | 30 ± 5 | 35 ± 5 | 35 ± 5 | 35 ± 5 |
| Относительное удлинение при разрыве | % | > 10 | > 12 | > 12 | > 12 |
| Скорость набухания | мм/1 мин | > 2 | > 5 | > 9 | > 10 |
| Высота набухания | мм/3 мин | > 3 | > 6 | > 10 | > 15 |
Таблица 5. Полупроводящие однослойные ленты
| Характеристика | Единиц измерения | TTOE103 | TTO CE106 | TTO CE110 | TTOE113 | TTOE115 |
| Вес | г/м2 | 60±10 | 80±10 | 100±10 | 130±15 | 120±10 |
| Толщина | мм | 0,30±0,05 | 0,30±0,05 | 0,35±0,05 | 0,38±0,05 | 0,35±0,05 |
| Предел прочности при разрыве | Н/см | 35 ± 5 | 35 ± 5 | 35 ± 5 | > 45 | 35 ± 5 |
| Относительное удлинение при разрыве | % | > 10 | > 10 | > 10 | > 10 | > 10 |
| Скорость набухания | мм/1 мин | > 2 | > 5 | > 9 | > 11 | > 10 |
| Высота набухания | мм/3 мин | > 3 | > 6 | > 10 | > 13 | > 15 |
| Удельное объемное электрическое сопротивление | Ом × см | < 1×106 | < 1×106 | < 1×106 | < 1×106 | < 1×106 |
2. Обоснование выбора конструкции кабеля
Основываясь на литературный обзор в качестве силового кабеля на напряжение 110 кВ, с ТПЖ круглой формы сечением 500 мм2 и с изоляцией из сшитого полиэтилена, я выбрал кабель марки ПвПг.
Конструкция
1. Круглая многопроволочная уплотнённая медная жила, MЭK (IEC) 60228 класс 2.
2. Экран по жиле из экструдированный полупроводящий сшитый полиэтилен толщиной 0,8 мм.
3. Изоляция экструдированный пероксидносшитый полиэтилен 18 мм.
4. Экструдированный полупроводящий сшитый полиэтилен толщиной 0,8 мм. Экран по жиле, изоляция и экран по изоляции экструдиуются одновременно за одну технологическую операцию.
5. Слой из электропроводящей водоблокирующей ленты толщиной 0.3 мм.
6. Повив из медных проволок 1,4 мм. Поверх медных проволок спирально наложена медная лента толщиной 0,1 мм.
7. Разделительный слой из водоблокирующей ленты толщиной 0,35 мм.
8. Оболочка из полиэтилена высокой плотности толщиной 4 мм.
Хотя медь имеет большую плотность, по сравнению с алюминием, она обладает меньшим удельным сопротивлением. Поэтому в качестве материала ТПЖ выбрана медь.
Полупроводящий экран жилы, предназначенный для выравнивания скачка напряженности электрического поля на границе токопроводящей жилы и слоя изоляции с помощью создания промежуточного полупроводящего слоя между токопроводящей жилой и изоляцией из сшитого полиэтилена. Также он сглаживает поверхность ТПЖ.
Полупроводящий экран изоляции. Он позволяет получить плавное изменение напряженности электрического поля между изоляцией, где напряженность электрического поля не равна нулю, и проводником (металлический экран кабеля), где напряженность электрического поля равна нулю.
Металлический экран. Основным назначением, которого является устранение электрического поля на поверхности кабеля. Экран формирует второй электрод конденсатора, образуемого кабелем (первым является токопроводящая жила кабеля). Сечение экрана выбрана исходя из наиболее оптимального соотношения сечения жилы и экрана [1].
Слои из водонабухающих лент предотвращают проникновение влаги в кабель.
Внешняя оболочка должна защищать кабель от механических воздействий, возникающих при его установке и эксплуатации, а также от специфических вредных воздействий (таких как, например, термиты, углеводороды и т.п.). Наиболее подходящим материалом для защитной оболочки является полиэтилен. Оболочки из ПВХ еще используются в настоящее время, но применение этого материала сокращается. Одним из основных преимуществ ПВХ является его высокая огнестойкость, но из-за того, что при горении ПВХ выделяются токсичные и коррозийные дымы, этот материал запрещен многими пользователями.
3. Расчёт конструктивных элементов кабеля
3.1 Токопроводящая жила
1. Сечение токопроводящей жилы S0=500 мм2 (сечение по металлу).
2. Класс гибкости 2. Число повивов n=5. Большее число повивов соответствует большему классу гибкости.
3. Выбираем систему скрутки: нормальная (все проволоки одного диаметра) правильная (повивная) скрутка с одной проволокой в центре: 1+6+12+18+24. Для такой системы скрутки число проволок в жиле равно [10]:
; 
(3.1.1)4. Определяем сечение одной проволоки:
(3.1.2)5. Вычисляем диаметр проволоки:
, 
(3.1.3)6. Вычисляем диаметр скрученной жилы:
; 
мм (3.1.4)7. Определим коэффициент заполнения:
(3.1.5)8. Сделаем проверку коэффициента заполнения:
(3.1.6)9. Задаемся кратностью шага скрутки по каждому повиву (центральная проволока считается за повив), например, m2 =16, m3=15,m4=14, m5=13.
10. Вычисляем диаметр по каждому повиву:
11.
, (3.1.7) 
12. Вычисляем средний диаметр по каждому повиву:
(3.1.8) 
13. Вычисляем шаги скрутки каждого повива:
(3.1.9)
14. Вычисляем коэффициент укрутки каждого повива:
(3.1.10) 
15. Вычисляем общий коэффициент укрутки:
(3.1.11) 
16. Сделаем проверку диаметра жилы:
(3.1.12).Для уплотненных жил коэффициент заполнения до 0,9, поэтому диаметр жилы будет меньше. При применении уплотненных жил достигается уменьшение на 5 – 9% расхода изоляционных материалов и на 7-9% меди. Кроме того получается более гладкая поверхность жил и в связи с этим некоторое повешение электрической прочности изоляции.
При уплотнении токопроводящие жилы становятся несколько более твердыми, т.е. частично нагартовываются. Однако снижение электрической проводимости медных жил при этом составляет не более 0,6-0,8%, поэтому нагартовка не может служить препятствием для применения уплотненных жил. [11]
Поэтому диаметр жилы:
.3.2 Изоляция. Расчет зависимости напряженности электрического поля в изоляции от радиуса
На ТПЖ накладывается экран из экструдированного полупроводящего сшитого полиэтилена толщиной 0,8 мм.
Радиус ТПЖ с полупроводящим экраном:
(3.2.1)где
радиус жилы, мм; 
– толщина экрана по жиле, мм 
мм1) Класс напряжения
кВ – это номинальное линейное напряжение на приемнике электроэнергии. Кабель рассчитывается на наибольшее рабочее напряжение (Uраб max), так как на генераторе напряжение выше, 
, [10]: